[发明专利]基于弧线骨骼的网格序列的拓扑修补方法

权利要求书

1.一种基于弧线骨骼的网格序列的拓扑修补方法，其特征在于包括如下步骤：

1)将网格序列中的每个网格转化为隐式八叉树，再转化为扩展隐式八叉树，扩展隐式八叉树中的元素包括含有带符号的顶点、边、面和体，符号表示顶点、边、面和体在隐含曲面的内部时，当且仅当每个元素包含的所有顶点都在隐含曲面内部；

2)预计算扩展隐式八叉树的距离场，并通过距离场计算出扩展隐式八叉树的中轴，且对中轴进行滤波操作，通过两个收缩来抽取弧线骨骼：在第一个收缩时把扩展隐式八叉树收缩到扩展隐式八叉树的中轴；在第二个收缩时根据距离场进一步把扩展隐式八叉树的中轴收缩到原始弧线骨骼；收缩时记录了每一步收缩的过程；

3)用户通过编辑指定一个原型弧线骨骼，在匹配时把弧线骨骼看成是包含节点和边的图结构并运用图匹配算法，在满足拓扑约束和几何约束的情况下，从原型弧线骨骼扩散得到所有原始弧线骨骼的匹配后弧线骨骼，拓扑约束是指匹配后弧线骨骼与原型弧线骨骼中的节点和边具有一一对应关系，几何约束是指在所有满足拓扑约束的可能匹配方案中，匹配后弧线骨骼与原型弧线骨骼的对应节点和边的距离和最小，在匹配时，同时运用网格序列运动的时间连续性和合理选择下一个原型弧线骨骼中的待匹配节点来加速匹配的过程，在匹配成功后执行一个松弛的过程来使得匹配后弧线骨骼与原型弧线骨骼更加满足几何约束，在松弛中每次去掉一个匹配对看是否能够找到一个新对在满足拓扑约束的情况下能够使得总的几何约束能量更小，直到所有已匹配对都不能被替换；

4)比较原始弧线骨骼和匹配后弧线骨骼中多存在的环，并根据这些环加上收缩记录设置扩展隐式八叉树元素的元素符号值，使得新的修补后扩展隐式八叉树具有与匹配后弧线骨骼一致的拓扑；

5)利用“Dual Contouring”等值面抽取算法，从每个修补后扩展隐式八叉树中抽取网格，得到拓扑一致的网格序列。

2.根据权利要求1所述的一种基于弧线骨骼的网格序列的拓扑修补方法，其特征在于所述的扩散是：从用户给定原型弧线骨骼开始，依次扩散到网格序列其他帧的原始弧线骨骼，在完成一次原型弧线骨骼和其相邻帧原始弧线骨骼的匹配后，匹配后弧线骨骼成为新的原型弧线骨骼，下一次匹配新的原型弧线骨骼与新的原型弧线骨骼的未匹配相邻帧的原始弧线骨骼，匹配过程一直进行到所有的原始弧线骨骼都已匹配或者某次匹配失败，在匹配失败时，用户在匹配失败帧编辑指定另一个原型弧线骨骼，匹配从这一帧继续进行下去。

3.根据权利要求1所述的一种基于弧线骨骼的网格序列的拓扑修补方法，其特征在于所述的在运用网格运动的时间连续性来加速匹配是：运用任意一个原型弧线骨骼中的度大于等于3的节点只能匹配原始弧线骨骼中度大于等于3的节点的规则，对于原型弧线骨骼中某个待匹配的度大于等于3的节点，去掉原始弧线骨骼中的部分候选节点，使得匹配次数减少进而加速匹配过程，被去掉的原始弧线骨骼中的部分候选节是不能通过边连接到“潜在节点”的所有度大于等于3的节点，以及度原本就小于3的节点，“潜在节点”包括原型弧线骨骼中已经匹配节点所对应的原始弧线骨骼中的节点，以及为原型弧线骨骼中未匹配节点所在空间位置的用户给是距离内原始弧线骨骼中的所有节点。

4.根据权利要求1所述的一种基于弧线骨骼的网格序列的拓扑修补方法，其特征在于所述的在合理选择下一个原型弧线骨骼中的待匹配节点来加速匹配的方式是：优先选择原型弧线骨骼中的通过边连接的直接相邻的已匹配节点，其中最优先选择直接相邻节点已匹配的度为1的节点或者直接相邻节点中有两个以上的已匹配的度大于等于3的节点，其次选择只有一个已匹配直接相邻节点的度大于等于3的节点，没有任何已匹配直接相邻节点的节点是最后选择的节点。